207003 chapter 7

Khi các nhóm công đoạn có điểm bắt đầu, điểm kết thúc và hình thức điều khiển xác định, thì quá trình này được gọi là quá trình có trình tự.. Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 7-

Trang 1

Ch 7: Điều khiển quá trình

Quá trình công nghiệp có thể phân thành 2 loại:

• Quá trình rời rạc: là một nhóm các công đoạn rời rạc có điều kiện bắt đầu (từng

công đoạn) rõ ràng Khi các nhóm công đoạn có điểm bắt đầu, điểm kết thúc và

hình thức điều khiển xác định, thì quá trình này được gọi là quá trình có trình tự

• Quá trình liên tục: là quá trình có tín hiệu vào / ra liên tục (không bị ngắt quãng)

Có ít nhất một tín hiệu vào (bộ điều khiển) được thay đổi sao cho để duy trì một tín hiệu ra mong muốn Tín hiệu ra được xác định bởi một/nhiều chế độ điều khiển

Trang 2

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 7-2

7.1 Điều khiển quá trình rời rạc

Trang 3

Điều khiển quá trình trình tự ( sequential process )

Hầu hết các quá trình rời rạc mang tính tuần tự

Trang 4

Hình thức mô tả quá trình

Để mô tả hoạt động của một quá trình rời rạc, ta có thể dùng:

• Danh sách mệnh lệnh (statement list)

• Biểu đồ thời gian (timing diagram)

 Bước 1: Cho vắt mì, bột nêm và dầu vào tô

 Bước 2: Chế khoảng 400cc nước sôi vào, đậy nắp lại trong 3 phút

 Bước 3: Sau đó dùng được ngay

Trang 5

• Lưu đồ tuần tự chức năng (sequential function chart)

Trang 6

• Lưu đồ trạng thái (state chart)

Step No Sol A Sol B Sol C Sol D Motor

Trang 7

• Mạch điện sơ đồ bậc thang (ladder diagram circuit)

Trang 8

Rơle trong mạch điều khiển logic

Trang 9

Rơle có thể được cấu tạo để tạo nên nhiều cặp tiếp điểm

Trang 10

Rơle có thể thực hiện những chức năng logic

Trang 11

Thí dụ:

Trong một ngân hàng, có 3 nhân viên chịu trách

nhiệm mở két sắt Mỗi người giữ một chìa khóa

duy nhất (tức là 3 chìa khóa không giống nhau)

Theo quy định của ngân hàng, 2 trong 3 nhân

viên phải có mặt để có thể mở được két sắt Vẽ

sơ đồ mạch điện bậc thang dùng để mở cửa két

sắt và làm sáng một bóng đèn khi có 2 trong số

3 chìa khóa được sử dụng

Trang 12

Thiết kế mạch điều khiển trình tự

Ý tưởng cơ bản đối với việc thiết kế là:

• Dùng một rơle điều khiển cho mỗi bước của quá trình

• Khi quá trình đang làm việc ở bước nào đó, thì rơle điều khiển gắn liền với bước

đó sẽ được kích hoạt và những rơle khác không được kích hoạt

• Số bước của quá trình sẽ tương ứng 1-1 với số trạng thái của bộ điều khiển Mỗi

trạng thái của bộ điều khiển được biễu diễn là một nhánh trong mạch điều khiển bậc thang

Giả sử quá trình có 3 bước liền kế nhau là bước i, bước j, và buớc k Nhánh thứ j trong

mạch điều khiển có dạng tổng quát như sau:

STATE j = STATE i AND CONDITION i.j

Trang 13

Thiết kế mạch điều khiển trình tự

Quá trình thiết kế thông thường bao gồm các bước sau:

• Bước 1: định nghĩa quá trình (dùng sơ đồ động / sơ đồ thiết bị)

• Bước 2: định nghĩa các bước (trạng thái)

(dùng biểu đồ tuần tự chức năng / lưu đồ trạng thái)

• Bước 3: xác định trạng thái của tín hiệu vào / tín hiệu ra (dùng biểu đồ thời gian)

• Bước 4: xác định các điều kiện chuyển tiếp (dùng biểu đồ thời gian)

• Bước 5: xác định hàm của tín hiệu ra (dùng công cụ đại số Boolean)

• Bước 6: xây dựng mạch điều khiển bậc thang

• Bước 7: xây dựng sơ đồ bậc thang tín hiệu ra

• Bước 8: lập hồ sơ thiết kế

Trang 14

Hệ thống máy khoan tự động

• Bước 1: Định nghĩa quá trình

Trang 15

• Bước 2: định nghĩa các bước

Trang 16

• Bước 3: xác định trạng thái của tín hiệu vào / tín hiệu ra

Trang 17

• Bước 4: xác định các điều kiện chuyển tiếp

C0.1 Reset C1.2 Start C2.3 LS4 C3.4 LS2 C4.5 LS1 C5.6 LS3 C6.7 LS6

• Bước 5: xác định hàm của tín hiệu ra

Sol A Step 3 Sol B Step 4 Sol C Step 2 OR Step 3 OR Step 4 Sol D Step 6

Motors 1

Trang 18

Trang 19

• Bước 6: xây dựng mạch

điều khiển bậc thang

Trang 20

• Bước 7: xây dựng sơ đồ bậc thang tín hiệu ra

Trang 21

Hệ thống pick-and-place robot

Trang 22

Hệ thống pick-and-place robot

Trang 23

Hệ thống quay chi tiết

Trang 24

Hệ thống uốn cong chi tiết

Trang 25

Hệ thống định vị chi tiết

Trang 26

Bộ điều khiển lập trình - P rogrammable L ogic C ontroller

PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle Nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thì, đếm …

Trang 27

Trang 28

Trang 29

PLC và thiết bị ngoại vi

Trang 30

Kết nối tín hiệu vào

Trang 31

Kết nối tín hiệu ra

Trang 32

Module xử lý tín hiệu tương tự

Trang 33

Lập trình PLC

Trang 34

7.2 Điều khiển quá trình liên tục

Ba thao tác chính:

- Đo lường

- Ra quyết định

- Tác động

Trang 35

7.2 Điều khiển quá trình liên tục

Khi có sự thay đổi tải hoặc giá trị điều chỉnh, hệ thống điều khiển phải đảm bảo 3 mục

tiêu sau:

• Giảm thiểu giá trị sai lệch lớn nhất

• Giảm thiểu thời gian xác lập

• Giảm thiểu độ sai lệch dư

Giai đoạn chuyển tiếp Giai đoạn xác lập

Giá trị sai lệch xác lập gây ra do ma sát, phụ tải, và độ chính xác của cảm biến phản hồi

Thực hiện chế độ điều khiển thích hợp

Trang 36

Chế độ điều khiển 2 vị trí

Tùy thuộc vào tín hiệu sai lệch, tín hiệu ra của bộ điều khiển chỉ có hai giá trị

Chế độ điều khiển này chỉ phù hợp cho các quá trình có dung lượng tương đối lớn, thí dụ như: hệ thống sưởi, điều khiển mực nước, hệ thống điều hòa không khí

Trang 37

Tín hiệu ra của bộ điều khiển này có 3 trạng thái (up-off-down, hot-off-cold …)

Chế độ điều khiển này sử dụng trong các hệ thống mà không có trạng thái ngừng cụ thể

Trang 38

Nếu hệ thống điều khiển không được thiết kế phù hợp, dao động của hệ thống sẽ trở nên tăng dần, dẩn đến hệ thống mất ổn định

Trang 39

Chế độ điều khiển tỷ lệ P ( P roportional)

Với chế độ điều khiển P, tín hiệu ra ở bộ điều khiển tỉ lệ với tín hiệu sai lệch

Trang 40

Chế độ điều khiển tỷ lệ P

Chế độ điều khiển P thì đơn giản và là cơ

sở cho hầu hết các bộ điều khiển Tuy nhiên chế độ này luôn có một vấn đề cơ bản: tồn tại giá trị sai số xác lập

Trang 41

Chế độ điều khiển tích phân I ( I ntegral)

Với chế độ điều khiển I, tín hiệu ra ở bộ điều khiển tỉ lệ với tích phân của tín hiệu sai lệch

Trang 42

Chế độ điều khiển tích phân I ( I ntegral)

Chế độ điều khiển I khắc phục sai số xác lập nhưng làm giảm tính ổn định và tốc độ đáp

ứng của hệ thống

Trang 43

Chế độ điều khiển đạo hàm D ( D erivative)

Với chế độ điều khiển D, tín hiệu ra ở bộ

điều khiển tỉ lệ với tốc độ thay đổi của tín

hiệu sai lệch

Chế độ điều khiển D tạo một xung lực ban

đầu để hệ thống đáp ứng được nhanh hơn,

sau đó tạo ra một lực hãm khi hệ thống

tiếp cận đến vị trí mong muốn

Tín hiệu ra của chế độ D không phụ thuộc

vào giá trị sai lệch  chế độ D không bao

giờ được sử dụng riêng biệt

Trang 44

Chế độ điều khiển PID

Trang 45

Analog PID Controller

Trang 46

Digital PID Controller

Trang 47

Digital PID Controller

Trang 48

Tiêu đề	Điều Khiển Quá Trình
Tác giả	C.B. Pham
Trường học	Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động
Thể loại	Bài Giảng

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	2,95 MB